W reakcjach mogą powstawać związki. Wprowadzenie do chemii ogólnej. B. Reakcja między substancjami, w której atomy prostej substancji zastępują atomy jednego z pierwiastków w złożonej substancji

1. Reakcje związku. DI Mendeleev zdefiniował związek jako reakcję, w której „zachodzi jedna z dwóch substancji. Tak więc w reakcjach związku z kilku reagujących substancji o stosunkowo prostym składzie otrzymuje się jedną substancję o bardziej złożonym składzie

ZA + b + do = re

Reakcje złożone obejmują spalanie prostych substancji (siarki, fosforu, węgla) w powietrzu. Na przykład węgiel spala się w powietrzu C + O2 \u003d CO2 (oczywiście ta reakcja przebiega stopniowo, najpierw powstaje tlenek węgla CO). Z reguły reakcjom tym towarzyszy wydzielanie ciepła, tj. prowadzą do powstania bardziej stabilnych i mniej energochłonnych związków - są egzotermiczne.

Reakcje związku prostych substancji mają zawsze charakter redoks. Reakcje złożone zachodzące między substancjami złożonymi mogą zachodzić bez zmiany wartościowości

CaCO3 + CO2 + H2O \u003d Ca (HCO3) 2

więc także odwołuj się do liczby redoks

2FеСl2 + Сl2 \u003d 2FеСl3.

2. Reakcje rozkładu. Chemiczne reakcje rozkładu, zdaniem Mendelejewa, „są przypadkami odwrotnymi do kombinacji, to znaczy takimi, w których jedna substancja daje dwie lub ogólnie określoną liczbę substancji - większą ich liczbę.

Reakcje rozkładu prowadzą do powstania kilku związków z jednej złożonej substancji

A \u003d B + C + D

Produkty rozkładu substancji złożonej mogą być substancjami zarówno prostymi, jak i złożonymi. Przykładem reakcji rozkładu jest reakcja chemiczna rozkładu kredy (lub kamienia wapiennego pod wpływem temperatury): CaCO3 \u003d CaO + CO2. Reakcja rozkładu zwykle wymaga ogrzewania. Takie procesy są endotermiczne, tj. przepływ z pochłanianiem ciepła. Spośród reakcji rozkładu, które przebiegają bez zmiany stanów walencyjnych, należy odnotować rozkład krystalicznych hydratów, zasad, kwasów i soli kwasów zawierających tlen.

CuSO4 5H2O \u003d CuSO4 + 5H2O,

Cu (OH) 2 \u003d CuO + H2O,

H2SiO3 \u003d SiO2 + H2O.

Reakcje rozkładu o charakterze redoks obejmują rozkład tlenków, kwasów i soli utworzonych przez pierwiastki na wyższych stopniach utlenienia

2SO3 \u003d 2SO2 + O2,

4HNO3 \u003d 2H2O + 4NO2O + O2O,

2AgNO3 \u003d 2Ag + 2NO2 + O2,

(NH4) 2Cr2O7 \u003d Cr2O3 + N2 + 4H2O.

Reakcje rozkładu redoks są szczególnie charakterystyczne dla soli kwasu azotowego.

Reakcje rozkładu w chemii organicznej, w przeciwieństwie do reakcji rozkładu w chemii nieorganicznej, mają swoją specyfikę. Można je uznać za odwrotne procesy łączenia, ponieważ w rezultacie najczęściej powstają wielokrotne wiązania lub cykle.

Nazywa się to reakcjami rozkładu w chemii organicznej pękanie

C18H38 \u003d C9H18 + C9H20

lub odwodornienie C4H10 \u003d C4H6 + 2H2.

W pozostałych dwóch typach reakcji liczba odczynników jest równa liczbie produktów.

3. Reakcje substytucji. Ich cechą wyróżniającą jest interakcja substancji prostej z substancją złożoną. Takie reakcje istnieją również w chemii organicznej. Jednak pojęcie „substytucji” w materii organicznej jest szersze niż w chemii nieorganicznej. Jeżeli w cząsteczce substancji wyjściowej jakikolwiek atom lub grupa funkcyjna zostanie zastąpiona innym atomem lub grupą, są to również reakcje podstawienia, chociaż z punktu widzenia chemii nieorganicznej proces wygląda jak reakcja wymiany.

W reakcjach substytucji zwykle prosta substancja oddziałuje ze złożoną, tworząc inną prostą substancję i inny kompleks A + BC \u003d AB + C

Na przykład, wrzucając stalowy gwóźdź do roztworu siarczanu miedzi, otrzymujemy siarczan żelaza (miedź wypierana przez żelazo z jej soli) Fe + CuSO4 \u003d FeSO4 + Cu.

Te reakcje w przeważającej mierze należą do redoks

2Аl + Fe2O3 \u003d 2Fе + Аl2O3,

Zn + 2HCl \u003d ZnCl2 + H2,

2KBr + Cl2 \u003d 2KCl + Br2,

2KSlO3 + l2 \u003d 2KlO3 + Сl2.

Przykłady reakcji podstawienia, którym nie towarzyszy zmiana stanów walencyjnych atomów, są bardzo nieliczne.

Należy zwrócić uwagę na reakcję dwutlenku krzemu z solami kwasów zawierających tlen, które odpowiadają gazowym lub lotnym bezwodnikom

CaCO3 + SiO2 \u003d CaSiO3 + CO2,

Ca3 (PO4) 2 + 3SiO2 \u003d 3CaSiO3 + P2O5.

Czasami te reakcje są uważane za reakcje wymiany

CH4 + Cl2 \u003d CH3Cl + HCl.

4. Reakcje wymiany (w tym neutralizacja). Reakcje wymiany to reakcje między dwoma związkami, które wymieniają między sobą swoje części składowe.

AB + CD \u003d AD + CB

Wiele z nich występuje w roztworach wodnych. Przykładem reakcji wymiany chemicznej jest zobojętnienie kwasu zasadą

NaOH + HCl \u003d NaCl + H2O.

Tutaj w odczynnikach (substancje po lewej) jon wodorowy ze związku HCl jest wymieniany na jon sodu ze związku NaOH, w wyniku czego powstaje roztwór chlorku sodu w wodzie.

Jeśli podczas reakcji podstawienia zachodzą procesy redoks, to reakcje wymiany zawsze zachodzą bez zmiany stanu walencyjnego atomów. To najczęstsza grupa reakcji między substancjami złożonymi - tlenkami, zasadami, kwasami i solami.

ZnO + Н2SO4 \u003d ZnSО4 + Н2О,

AgNO3 + KBr \u003d AgBr + KNO3,

CrCl3 + 3NaOH \u003d Cr (OH) 3 + 3NaCl.

Szczególnym przypadkiem tych reakcji wymiany są reakcje neutralizacji

HCl + KOH \u003d KCl + H2O.

Zwykle reakcje te są zgodne z prawami równowagi chemicznej i przebiegają w kierunku, w którym co najmniej jedna z substancji jest usuwana ze sfery reakcyjnej w postaci gazowej, lotna materia, osad lub związek o niskiej dysocjacji (do roztworów)

NaHCO3 + HCl \u003d NaCl + H2O + CO2,

Ca (HCO3) 2 + Ca (OH) 2 \u003d 2CaCO3 ↓ + 2H2O,

CH3COONa + H3PO4 \u003d CH3COOH + NaH2PO4.

Jednak wiele reakcji nie mieści się w przedstawionym prostym schemacie. Na przykład reakcji chemicznej między nadmanganianem potasu (nadmanganianem potasu) a jodkiem sodu nie można przypisać żadnemu z tych typów. Takie reakcje są zwykle nazywane na przykład reakcjami redoks

2KMnO4 + 10NaI + 8H2SO4 \u003d 2MnSO4 + K2SO4 + 5Na2SO4 + 5I2 + 8H2O.

Redoks w chemii nieorganicznej obejmuje wszystkie reakcje podstawienia oraz te reakcje rozkładu i związki, w których bierze udział co najmniej jedna prosta substancja. W bardziej uogólnionej wersji (uwzględniającej już chemię organiczną) wszystkie reakcje obejmują proste substancje. I odwrotnie, wszystkie reakcje wymiany należą do reakcji przebiegających bez zmiany stopni utlenienia pierwiastków tworzących reagenty i produkty reakcji.

2. Klasyfikacja reakcji ze względu na charakterystykę faz

W zależności od stanu skupienia reagujących substancji rozróżnia się następujące reakcje:

1. Reakcje gazowe:

2. Reakcje w roztworach:

NaOH (p-p) + HCl (p-p) \u003d NaCl (p-p) + H2O (g).

3. Reakcje między ciałami stałymi:

CaO (tv) + SiO2 (tv) \u003d CaSiO3 (tv).

3. Klasyfikacja reakcji według liczby faz

Faza jest rozumiana jako zbiór jednorodnych części systemu o takich samych właściwościach fizycznych i chemicznych, oddzielonych od siebie interfejsem.

Wiele procesów, bez których nie można sobie wyobrazić życia (np. Oddychanie, trawienie, fotosynteza itp.), Wiąże się z różnymi reakcjami chemicznymi związki organiczne (i nieorganiczne). Przyjrzyjmy się ich głównym typom i przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo procesowi zwanemu połączeniem (połączeniem).

To, co nazywa się reakcją chemiczną

Przede wszystkim warto podać ogólną definicję tego zjawiska. Rozważana fraza oznacza różne reakcje substancji o różnym stopniu złożoności, w wyniku których powstają inne niż początkowe produkty. Substancje biorące udział w tym procesie nazywane są „odczynnikami”.

Na piśmie reakcję chemiczną związków organicznych (i nieorganicznych) zapisuje się za pomocą specjalistycznych równań. Na zewnątrz są trochę jak matematyczne przykłady dodawania. Jednak zamiast znaku równości („\u003d”) używane są strzałki („→” lub „⇆”). Ponadto czasami po prawej stronie równania może znajdować się więcej substancji niż po lewej stronie. Wszystko przed strzałką jest substancją przed rozpoczęciem reakcji (lewa strona wzoru). Wszystko za nim (po prawej stronie) to związki powstałe w wyniku zachodzącego procesu chemicznego.

Jako przykład równania chemicznego możemy rozważyć wodę dla wodoru i tlenu pod działaniem prądu elektrycznego: 2H 2 O → 2H 2 + O 2. Woda jest odczynnikiem wyjściowym, a tlen i wodór są produktami.

Jako kolejny, ale już bardziej złożony przykład reakcji chemicznej związków, możemy rozważyć zjawisko znane każdej gospodyni domowej, która choć raz upiekła słodycze. Chodzi o hartowanie sody oczyszczonej octem. Zachodzące działanie ilustruje równanie: NaHCO 3 + 2 CH 3 COOH → 2CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O. Z tego wynika, że \u200b\u200bw procesie oddziaływania wodorowęglanu sodu i octu sól sodowa kwasu octowego powstaje kwas, woda i dwutlenek węgla.

Ze swej natury zajmuje pośrednie miejsce między fizycznym a nuklearnym.

W przeciwieństwie do pierwszego, związki biorące udział w reakcjach chemicznych mogą zmieniać swój skład. Oznacza to, że z atomów jednej substancji można utworzyć kilka innych, jak w powyższym równaniu rozkładu wody.

W przeciwieństwie do reakcji jądrowych reakcje chemiczne nie wpływają na jądra atomowe oddziałujących substancji.

Jakie są rodzaje procesów chemicznych

Rozkład reakcji związków według rodzaju odbywa się według różnych kryteriów:

• Odwracalność / nieodwracalność.
• Obecność / brak substancji i procesów katalitycznych.
• Poprzez pochłanianie / uwalnianie ciepła (reakcje endotermiczne / egzotermiczne).
• Według liczby faz: jednorodne / niejednorodne i ich dwie odmiany mieszańcowe.
• Zmieniając stopnie utlenienia oddziałujących substancji.

Rodzaje procesów chemicznych na drodze interakcji

To kryterium jest szczególne. Za jego pomocą wyróżnia się cztery rodzaje reakcji: związek, substytucja, rozkład (rozszczepienie) i wymiana.

Nazwa każdego z nich odpowiada procesowi, który opisuje. Oznacza to, że jednoczą się, zastępując, zmieniają się w inne grupy, w rozkładzie kilka powstaje z jednego odczynnika, aw zamian uczestnicy reakcji wymieniają ze sobą atomy.

Rodzaje procesów metodą interakcji w chemii organicznej

Pomimo wielkiej złożoności reakcje związków organicznych przebiegają na tej samej zasadzie co reakcje nieorganiczne. Mają jednak nieco inne nazwy.

Zatem reakcje związku i rozkładu nazywane są „dodawaniem”, a także „eliminacją” (eliminacją) i bezpośrednio rozkładem organicznym (w tej sekcji chemii wyróżnia się dwa rodzaje procesów rozkładu).

Inne reakcje związków organicznych to podstawienie (nazwa się nie zmienia), przegrupowanie (wymiana) i procesy redoks. Pomimo podobieństwa mechanizmów ich przebiegu, w organicznych są one bardziej wieloaspektowe.

Reakcja chemiczna związku

Po rozważeniu różnych typów procesów, w których substancje wchodzą w skład chemii organicznej i nieorganicznej, warto przyjrzeć się bliżej związkowi.

Ta reakcja różni się od wszystkich innych tym, że niezależnie od liczby odczynników na początku, w końcu wszystkie łączą się w jeden.

Jako przykład możemy przypomnieć proces gaszenia wapna: CaO + H 2 O → Ca (OH) 2. W takim przypadku zachodzi reakcja związku tlenku wapnia (wapna palonego) z tlenkiem wodoru (wodą). Rezultatem jest wodorotlenek wapnia (wapno gaszone) i ciepła para. Nawiasem mówiąc, oznacza to, że ten proces jest naprawdę egzotermiczny.

Równanie reakcji związku

Rozważany proces można schematycznie przedstawić w następujący sposób: A + BV → ABC. W tym wzorze ABC jest nowo utworzonym A - prostym odczynnikiem, a BV jest odmianą złożonego związku.

Należy zauważyć, że ta formuła jest również typowa dla procesu łączenia i łączenia.

Przykładami rozważanej reakcji jest oddziaływanie tlenku sodu i dwutlenku węgla (NaO 2 + CO 2 (t 450-550 ° C) → Na 2 CO 3), a także tlenku siarki z tlenem (2SO 2 + O 2 → 2SO 3).

Ponadto kilka złożonych związków może reagować ze sobą: AB + VG → ABVG. Na przykład ten sam tlenek sodu i tlenek wodoru: NaO 2 + H 2 O → 2NaOH.

Warunki reakcji w związkach nieorganicznych

Jak pokazano w poprzednim równaniu, w rozważaną interakcję mogą wchodzić substancje o różnym stopniu złożoności.

W tym przypadku dla prostych odczynników pochodzenia nieorganicznego możliwe są reakcje redoks związku (A + B → AB).

Jako przykład można rozważyć proces otrzymywania trójwartościowego, w którym zachodzi reakcja złożona między chlorem i żelazem (żelazem): 3Cl 2 + 2Fe → 2FeCl3.

Jeśli mówimy o oddziaływaniu złożonych substancji nieorganicznych (AB + VG → ABVG), mogą zachodzić w nich procesy, zarówno wpływające, jak i nie wpływające na ich wartościowość.

Aby to zilustrować, warto rozważyć przykład powstawania wodorowęglanu wapnia z dwutlenku węgla, tlenku wodoru (wody) i białego barwnika spożywczego E170 (węglan wapnia): CO 2 + H 2 O + CaCO 3 → Ca (CO 3) 2. W tym przypadku ma miejsce klasyczna reakcja połączenia. Podczas jego realizacji wartościowość reagentów nie zmienia się.

Nieco doskonalszym (niż pierwsze) równanie chemiczne 2FeCl 2 + Cl 2 → 2FeCl 3 jest przykładem procesu redoks w interakcji prostych i złożonych odczynników nieorganicznych: gazu (chloru) i soli (chlorek żelaza).

Rodzaje reakcji addycji w chemii organicznej

Jak już wskazano w akapicie czwartym, w substancjach pochodzenia organicznego rozważana reakcja jest nazywana „dodawaniem”. Z reguły biorą w nim udział złożone substancje z podwójnym (lub potrójnym) wiązaniem.

Na przykład reakcja pomiędzy dibromem i etylenem, prowadząca do powstania 1,2-dibromoetanu: (C 2 H 4) CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → (C₂H₄Br₂) BrCH 2 - CH 2 Br. Nawiasem mówiąc, znaki podobne do równości i minus („\u003d” i „-”) w tym równaniu pokazują związki między atomami złożonej substancji. Jest to cecha rejestrowania formuł substancji organicznych.

W zależności od tego, które związki działają jako odczynniki, rozważanych jest kilka odmian procesu dodawania:

• Uwodornienie (cząsteczki wodoru H są dodawane w wielu wiązaniach).
• Hydrofluorowcowanie (dodaje się halogenowodór).
• Chlorowcowanie (dodanie halogenów Br 2, Cl 2 i tym podobnych).
• Polimeryzacja (tworzenie substancji o dużej masie cząsteczkowej z kilku związków o niskiej masie cząsteczkowej).

Przykłady reakcji addycji (połączenie)

Po wyszczególnieniu odmian rozpatrywanego procesu warto w praktyce zapoznać się z przykładami reakcji złożonej.

Jako ilustrację uwodornienia można zwrócić uwagę na równanie oddziaływania propenu z wodorem, w wyniku którego powstanie propan: (C 3 H 6) CH 3 —CH \u003d CH 2 + H 2 → (C 3 H 8) CH 3 - CH 2 - CH 3.

W chemii organicznej może wystąpić reakcja związku (addycji) między kwasem solnym ( substancja nieorganiczna) i etylen z utworzeniem chloroetanu: (C 2 H 4) CH 2 \u003d CH 2 + HCl → CH 3 - CH 2 —Cl (C 2 H 5 Cl). Przedstawione równanie jest przykładem hydrohalogenacji.

Jeśli chodzi o halogenowanie, można to zilustrować reakcją między dichlorkiem i etylenem, prowadzącą do powstania 1,2-dichloroetanu: (C 2 H 4) CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 → (C₂H₄Cl₂) ClCH 2 -CH 2 Cl.

Wiele składników odżywczych powstaje w wyniku chemii organicznej. Potwierdzeniem tego jest reakcja połączenia (addycji) cząsteczek etylenu z rodnikowym inicjatorem polimeryzacji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego: n CH 2 \u003d CH 2 (światło R i UV) → (-CH 2 -CH 2 -) n. Powstała w ten sposób substancja znana jest każdemu pod nazwą polietylenu.

Z tego materiału wykonane są różnego rodzaju opakowania, torby, naczynia, rury, materiały izolacyjne i wiele innych. Cechą tej substancji jest możliwość jej recyklingu. Polietylen swoją popularność zawdzięcza temu, że nie ulega rozkładowi, dlatego ekolodzy mają do niego negatywny stosunek. Jednak w ostatnie lata znaleziono metodę bezpiecznego usuwania produktów polietylenowych. W tym celu materiał jest traktowany kwasem azotowym (HNO 3). Następnie niektóre rodzaje bakterii są w stanie rozłożyć tę substancję na bezpieczne składniki.

Reakcja połączenia (dodawania) jest odtwarzana ważna rola w przyrodzie i życiu człowieka. Ponadto jest często używany przez naukowców w laboratoriach do syntezy nowych substancji do różnych ważnych badań.

DEFINICJA

Reakcja chemiczna zwana transformacją substancji, w której następuje zmiana ich składu i (lub) struktury.

Najczęściej przez reakcje chemiczne rozumie się proces przekształcania substancji wyjściowych (odczynników) w substancje końcowe (produkty).

Reakcje chemiczne zapisuje się za pomocą równań chemicznych zawierających wzory materiałów wyjściowych i produktów reakcji. Zgodnie z prawem zachowania masy liczba atomów każdego pierwiastka po lewej i prawej stronie równania chemicznego jest taka sama. Zwykle wzory materiałów wyjściowych są zapisywane po lewej stronie równania, a wzory na produkty są po prawej stronie. Równość liczby atomów każdego pierwiastka po lewej i prawej stronie równania uzyskuje się przez umieszczenie całkowitych współczynników stechiometrycznych przed wzorami substancji.

Równania chemiczne mogą zawierać dodatkowe informacje o cechach reakcji: temperaturze, ciśnieniu, promieniowaniu itp., Na co wskazuje odpowiedni symbol powyżej (lub „poniżej”) znaku równości.

Wszystkie reakcje chemiczne można podzielić na kilka klas, które mają określone cechy.

Klasyfikacja reakcji chemicznych według liczby i składu substancji wyjściowych i powstałych

Zgodnie z tą klasyfikacją reakcje chemiczne dzielą się na reakcje łączenia, rozkładu, substytucji, wymiany.

W rezultacie reakcje złożone jedna nowa substancja jest utworzona z dwóch lub więcej (złożonych lub prostych) substancji. Ogólnie rzecz biorąc, równanie takiej reakcji chemicznej będzie wyglądać następująco:

Na przykład:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4

2Mg + O 2 \u003d 2MgO.

2FеСl 2 + Сl 2 \u003d 2FеСl 3

Reakcje związku są w większości przypadków egzotermiczne, tj. kontynuować uwalnianie ciepła. Jeśli w reakcji biorą udział proste substancje, to najczęściej są to reakcje redoks (ORR), tj. postępować ze zmianą stopni utlenienia pierwiastków. Nie można jednoznacznie stwierdzić, czy reakcja związku między substancjami złożonymi należy do OVR.

Reakcje, w wyniku których z jednej złożonej substancji powstaje kilka innych nowych substancji (złożonych lub prostych), określa się jako reakcje rozkładu... Ogólnie równanie reakcji rozkładu chemicznego będzie wyglądać następująco:

Na przykład:

CaCO 3 CaO + CO 2 (1)

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (2)

CuSO 4 × 5H 2 O \u003d CuSO 4 + 5H 2 O (3)

Cu (OH) 2 \u003d CuO + H 2 O (4)

H 2 SiO 3 \u003d SiO 2 + H 2 O (5)

2SO 3 \u003d 2SO 2 + O 2 (6)

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O (7)

Większość reakcji rozkładu zachodzi podczas ogrzewania (1,4,5). Możliwy jest rozkład pod wpływem prądu elektrycznego (2). Rozkład krystalicznych hydratów, kwasów, zasad i soli kwasów zawierających tlen (1, 3, 4, 5, 7) przebiega bez zmiany stopni utlenienia pierwiastków, tj. te reakcje nie należą do OVR. Reakcje rozkładu OVR obejmują rozkład tlenków, kwasów i soli utworzonych przez pierwiastki na wyższych stopniach utlenienia (6).

Reakcje rozkładu występują również w chemii organicznej, ale pod innymi nazwami - kraking (8), odwodornienie (9):

C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20 (8)

C 4 H 10 \u003d C 4 H 6 + 2 H 2 (9)

Gdy reakcje substytucji prosta substancja wchodzi w interakcję ze złożoną substancją, tworząc nową prostą i nową złożoną substancję. Ogólnie rzecz biorąc, równanie reakcji chemicznej podstawienia będzie wyglądać następująco:

Na przykład:

2Аl + Fe 2 O 3 \u003d 2Fе + Аl 2 О 3 (1)

Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 (2)

2KBr + Cl 2 \u003d 2KCl + Br 2 (3)

2KSlO 3 + l 2 \u003d 2KlO 3 + Сl 2 (4)

CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2 (5)

Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 \u003d 3CaSiO 3 + P 2 O 5 (6)

CH 4 + Cl 2 \u003d CH 3 Cl + HCl (7)

Reakcje substytucji to głównie reakcje redoks (1 - 4, 7). Przykłady reakcji rozkładu, w których nie zachodzi zmiana stopni utlenienia, są nieliczne (5, 6).

Reakcje wymiany nazywają reakcje zachodzące między złożonymi substancjami, w których wymieniają swoje części składowe. Zwykle termin ten jest używany do reakcji z udziałem jonów w roztworze wodnym. Ogólnie równanie reakcji wymiany chemicznej będzie wyglądać następująco:

AB + CD \u003d AD + CB

Na przykład:

CuO + 2HCl \u003d CuCl 2 + H 2 O (1)

NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O (2)

NaHCO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2 (3)

AgNO 3 + KBr \u003d AgBr ↓ + KNO 3 (4)

СrСl 3 + ЗNаОН \u003d Сr (ОН) 3 ↓ + ЗNаСl (5)

Reakcje metaboliczne nie są reakcjami redoks. Szczególnym przypadkiem tych reakcji wymiany są reakcje neutralizacji (reakcje interakcji kwasów z zasadami) (2). Reakcje wymiany przebiegają w kierunku, w którym co najmniej jedna z substancji jest usuwana ze sfery reakcyjnej w postaci substancji gazowej (3), osadu (4, 5) lub związku słabo dysocjującego, najczęściej wody (1 , 2).

Klasyfikacja reakcji chemicznych na podstawie zmian stopni utlenienia

W zależności od zmiany stopni utlenienia pierwiastków tworzących odczynniki i produkty reakcji wszystkie reakcje chemiczne dzielimy na redoks (1, 2) i przebiegają bez zmiany stopnia utlenienia (3, 4).

2Mg + CO 2 \u003d 2MgO + C (1)

Mg 0 - 2e \u003d Mg 2+ (środek redukujący)

C 4+ + 4e \u003d C 0 (utleniacz)

FeS 2 + 8HNO 3 (stęż.) \u003d Fe (NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)

Fe 2+ -e \u003d Fe 3+ (środek redukujący)

N 5+ + 3e \u003d N 2+ (utleniacz)

AgNO 3 + HCl \u003d AgCl ↓ + HNO 3 (3)

Ca (OH) 2 + H 2 SO 4 \u003d CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)

Klasyfikacja termiczna reakcji chemicznych

W zależności od tego, czy ciepło (energia) jest uwalniane, czy też absorbowane podczas reakcji, wszystkie reakcje chemiczne dzieli się umownie na odpowiednio egzo - (1, 2) i endotermiczne (3). Ilość ciepła (energii) uwolnionej lub pochłoniętej podczas reakcji nazywana jest efektem cieplnym reakcji. Jeśli w równaniu wskazana jest ilość uwolnionego lub pochłoniętego ciepła, wówczas takie równania nazywane są termochemicznymi.

N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3 +46,2 kJ (1)

2Mg + O 2 \u003d 2MgO + 602,5 kJ (2)

N 2 + O 2 \u003d 2NO - 90,4 kJ (3)

Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na kierunek reakcji

W kierunku reakcji odwracalne (procesy chemiczne, których produkty są zdolne do reagowania ze sobą w takich samych warunkach, w jakich zostały uzyskane, z utworzeniem substancji wyjściowych) i nieodwracalne (procesy chemiczne, których produkty nie są w stanie reagować z siebie nawzajem z tworzeniem substancji wyjściowych).

W przypadku reakcji odwracalnych równanie w ogólnej postaci jest zwykle zapisywane w następujący sposób:

A + B ↔ AB

Na przykład:

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ H 3 COOC 2 H 5 + H 2 O

Przykłady nieodwracalnych reakcji obejmują następujące reakcje:

2KSlO 3 → 2KSl + 3O 2

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O

Dowodem nieodwracalności reakcji może być uwolnienie substancji gazowej, osadu lub słabo dysocjującego związku, najczęściej wody, jako produktów reakcji.

Klasyfikacja reakcji chemicznych na podstawie obecności katalizatora

Z tego punktu widzenia rozróżnia się reakcje katalityczne i niekatalityczne.

Katalizator to substancja przyspieszająca przebieg reakcji chemicznej. Reakcje z udziałem katalizatorów nazywane są katalitycznymi. Niektóre reakcje są generalnie niemożliwe bez obecności katalizatora:

2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2 (katalizator MnO 2)

Często jeden z produktów reakcji służy jako katalizator przyspieszający tę reakcję (reakcje autokatalityczne):

MeO + 2HF \u003d MeF 2 + H 2 O, gdzie Me jest metalem.

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Reakcja chemiczna - jest to „przemiana” jednej lub więcej substancji w inną substancję o innej strukturze i skład chemiczny... Powstała substancja lub substancje nazywane są „produktami reakcji”. Podczas reakcji chemicznych jądra i elektrony tworzą nowe związki (redystrybuowane), ale ich liczba nie zmienia się, a skład izotopowy pierwiastków pozostaje niezmieniony.

Wszystkie reakcje chemiczne dzielą się na proste i złożone.

Ze względu na liczbę i skład substancji wyjściowych i otrzymanych, proste reakcje chemiczne można podzielić na kilka głównych typów.

Reakcje rozkładu to reakcje, w których z jednej złożonej substancji uzyskuje się kilka innych substancji. Jednocześnie utworzone substancje mogą być zarówno proste, jak i złożone. Z reguły przebieg chemicznej reakcji rozkładu wymaga ogrzewania (jest to proces endotermiczny, pochłanianie ciepła).

Na przykład podczas podgrzewania proszku malachitowego powstają trzy nowe substancje: tlenek miedzi, woda i dwutlenek węgla:

Cu 2 CH 2 O 5 \u003d 2CuO + H 2 O + CO 2

malachit → tlenek miedzi + woda + dwutlenek węgla

Gdyby w przyrodzie zachodziły tylko reakcje rozkładu, wówczas wszystkie złożone substancje, które mogą się rozkładać, uległyby rozkładowi, a zjawiska chemiczne nie mogłyby już zostać zrealizowane. Ale są też inne reakcje.

W reakcjach związku z kilku prostych lub złożonych substancji uzyskuje się jedną złożoną substancję. Okazuje się, że reakcje złożone są przeciwieństwem reakcji rozkładu.

Na przykład, gdy miedź jest podgrzewana na powietrzu, zostaje pokryta czarną powłoką. Miedź jest przekształcana w tlenek miedzi:

2Cu + O 2 \u003d 2CuO

miedź + tlen → tlenek miedzi

Reakcje chemiczne między prostymi i złożonymi substancjami, w których atomy tworzące prostą substancję zastępują atomy jednego z pierwiastków złożonej substancji, nazywane są reakcjami substytucji.

Na przykład, jeśli żelazny gwóźdź zostanie zanurzony w roztworze chlorku miedzi (CuCl 2), to (gwóźdź) zacznie pokrywać się miedzią uwolnioną na jego powierzchni. Pod koniec reakcji roztwór zmienia kolor na zielonkawy z niebieskiego: zamiast chlorku miedzi zawiera teraz chlorek żelazowy:

Fe + CuCl 2 \u003d Cu + FeCl 2

Żelazo + chlorek miedzi → miedź + chlorek żelazowy

Atomy miedzi w chlorku miedzi zostały zastąpione atomami żelaza.

Reakcja wymiany to reakcja, w której dwie złożone substancje wymieniają swoje części składowe. Najczęściej takie reakcje zachodzą w roztworach wodnych.

W reakcjach tlenków metali z kwasami dwie złożone substancje - tlenek i kwas - wymieniają swoje składniki: atomy tlenu - na reszty kwasowe i atomy wodoru - na atomy metali.

Na przykład, jeśli tlenek miedzi (CuO) łączy się z kwasem siarkowym H 2 SO 4 i ogrzewa, otrzymuje się roztwór, z którego można wydzielić siarczan miedzi:

CuO + H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + H 2 O

tlenek miedzi + kwas siarkowy → siarczan miedzi + woda

blog., z pełnym lub częściowym kopiowaniem materiału, wymagany jest link do źródła.

Podczas reakcji chemicznych z niektórych substancji uzyskuje się inne substancje (nie mylić z reakcjami jądrowymi, w których jedna pierwiastek chemiczny zamienia się w inny).

Każda reakcja chemiczna jest opisana równaniem chemicznym:

Odczynniki → Produkty reakcji

Strzałka wskazuje kierunek reakcji.

Na przykład:

W tej reakcji metan (CH 4) reaguje z tlenem (O 2), w wyniku czego powstaje dwutlenek węgla (CO 2) i woda (H 2 O), a raczej para wodna. Dokładnie taka reakcja zachodzi w Twojej kuchni, gdy zapalasz palnik gazowy. Równanie należy czytać w ten sposób: jedna cząsteczka metanu reaguje z dwiema cząsteczkami tlenu, w wyniku czego powstaje jedna cząsteczka dwutlenku węgla i dwie cząsteczki wody (para wodna).

Nazywane są liczby przed składnikami reakcji chemicznej współczynniki reakcji.

Reakcje chemiczne są endotermiczny (z pochłanianiem energii) i egzotermiczny (z uwolnieniem energii). Spalanie metanu jest typowym przykładem reakcji egzotermicznej.

Istnieje kilka rodzajów reakcji chemicznych. Najpopularniejszy:

• reakcje złożone;
• reakcje rozkładu;
• pojedyncze reakcje podstawienia;
• reakcje podwójnego podstawienia;
• reakcje utleniania;
• reakcje redoks.

Reakcje złożone

W reakcjach złożonych co najmniej dwa pierwiastki tworzą jeden produkt:

2Na (t) + Cl 2 (g) → 2NaCl (t) - tworzenie soli kuchennej.

Należy zwrócić uwagę na istotne niuanse reakcji związku: w zależności od warunków reakcji lub proporcji reagentów wchodzących w reakcję mogą powstać różne produkty. Na przykład w normalnych warunkach spalania węgla uzyskuje się dwutlenek węgla:
C (t) + O 2 (g) → CO 2 (g)

Jeśli ilość tlenu jest niewystarczająca, powstaje śmiertelny tlenek węgla:
2C (t) + O 2 (g) → 2CO (g)

Reakcje rozkładu

Reakcje te są niejako zasadniczo przeciwne do reakcji związku. W wyniku reakcji rozkładu substancja rozkłada się na dwa (3, 4 ...) prostsze pierwiastki (związki):

• 2H 2 O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g) - rozkład wody
• 2H 2 O 2 (l) → 2H 2 (g) O + O 2 (g) - rozkład nadtlenku wodoru

Pojedyncze reakcje podstawienia

W wyniku pojedynczych reakcji podstawienia pierwiastek bardziej aktywny zastępuje mniej aktywny w związku:

Zn (t) + CuSO 4 (p-p) → ZnSO 4 (p-p) + Cu (t)

Cynk w roztworze siarczanu miedzi wypiera mniej aktywną miedź, dając w rezultacie roztwór siarczanu cynku.

Stopień aktywności metali poprzez wzrost aktywności:

• Najbardziej aktywne są metale alkaliczne i ziem alkalicznych.

Równanie jonowe powyższej reakcji będzie wyglądać następująco:

Zn (t) + Cu 2+ + SO 4 2- → Zn 2+ + SO 4 2- + Cu (t)

Wiązanie jonowe CuSO 4 po rozpuszczeniu w wodzie rozkłada się na kation miedzi (ładunek 2+) i anion siarczanowy (ładunek 2-). W wyniku reakcji podstawienia powstaje kation cynku (który ma taki sam ładunek jak kation miedzi: 2-). Zauważ, że anion siarczanowy jest obecny po obu stronach równania, więc można go skrócić według wszystkich zasad matematyki. W rezultacie otrzymujesz równanie molekularno-jonowe:

Zn (t) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (t)

Reakcje podwójnego podstawienia

W reakcjach podwójnego podstawienia dwa elektrony są już podstawione. Takie reakcje są również nazywane reakcje wymiany... Takie reakcje zachodzą w roztworze z utworzeniem:

• nierozpuszczalne ciało stałe (reakcja strącania);
• woda (reakcja neutralizacji).

Reakcje strącania

Podczas mieszania roztworu azotanu srebra (soli) z roztworem chlorku sodu powstaje chlorek srebra:

Równanie molekularne: KCl (p-p) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (t) + KNO 3 (p-p)

Równanie jonowe: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (t) + K + + NO 3 -

Równanie jonów cząsteczkowych: Cl - + Ag + → AgCl (s)

Jeśli związek jest rozpuszczalny, będzie miał postać jonową w roztworze. Jeśli związek jest nierozpuszczalny, wytrąci się tworząc ciało stałe.

Reakcje neutralizacji

Są to reakcje interakcji kwasów i zasad, w wyniku których powstają cząsteczki wody.

Na przykład reakcja zmieszania roztworu kwasu siarkowego i roztworu wodorotlenku sodu (ługu):

Równanie molekularne: H 2 SO 4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na 2 SO 4 (p-p) + 2H 2 O (g)

Równanie jonowe: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O (g)

Równanie jonów cząsteczkowych: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (l) lub H + + OH - → H 2 O (l)

Reakcje utleniania

Są to reakcje interakcji substancji z gazowym tlenem w powietrzu, w których z reguły uwalniana jest duża ilość energii w postaci ciepła i światła. Typową reakcją utleniania jest spalanie. Na samym początku tej strony podano reakcję interakcji metanu z tlenem:

CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

Metan odnosi się do węglowodorów (związków węgla i wodoru). Kiedy węglowodór reaguje z tlenem, uwalnia się dużo energii cieplnej.

Reakcje redoks

Są to reakcje, w których zachodzi wymiana elektronów między atomami reagentów. Omówione powyżej reakcje to również reakcje redoks:

• 2Na + Cl 2 → 2NaCl - reakcja złożona
• CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - reakcja utleniania
• Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu - pojedyncza reakcja podstawienia

Najbardziej szczegółowe reakcje redoks z dużą liczbą przykładów rozwiązywania równań metodą wagi elektronicznej i metodą półreakcji opisano w rozdziale